La navette ne va plus faire la navette : 50 ans après Gagarine, pour revenir sur terre, le parachute, comme au bon vieux temps !

Encore deux vols : le 29 avril 2011 pour Endeavour et le 28 juin pour Atlantis.

Ensuite, les quatre navettes termineront leur carrière dans les musées américains, comme l’a annoncé le 12 avril l’administrateur de la NASA, Charles Bolden : Discovery, qui n’est jamais allée dans l’espace, rejoindra le musée national de l'Air et de l'Espace à Washington, Enterprise ira à l'Intrepid Sea, Air and Space Museum de New York. Endeavour sera exposée au California Science Center, à Los Angeles. Et, enfin, Atlantis, restera proche du centre spatial Kennedy, en Floride, dans la partie ouverte aux visiteurs.

Avec l’arrêt programmé du space shuttle américain et en attendant que d’autres avions spatiaux prennent le relais, c’est le parachute qui redevient le seul moyen de ramener sur terre les équipages des vols habités. C’est la méthode qu’avait inauguré Gagarine le 12 avril 1961, avec quelques différences.

On ne traîne pas pour redescendre malgré la traînée…

La photographie suivante montre le retour sur Terre du vaisseau Soyouz TMA-01 M le 16 mars 2011 et les conditions météorologiques difficiles que Scott Kelly, Alexander Kaleri et Oleg Skripochka ont rencontrées. Après une rentrée dans l’atmosphère amorcée à 7h31, l’atterrissage a eu lieu à 7h54 UTC dans les steppes du Kazakhstan, au nord de la ville d’Arkalik, entre Baïkonour et Astana.

Photographie de l’atterrissage du Soyouz TMA-01 M et de l’équipage de l’expédition 26 le 16 mars
2011. La photo est prise d’hélicoptère. On distingue la fumée des rétrofusées qui s’allument au
dernier moment. Cliquer sur l'image pour voir le parachute au sol. Crédit image : NASA / Bill Ingalls

La vie qui tient à un fil : quelques m2 de toiles, des suspentes et une séquence d’opérations très précise

Au moment de la rentrée dans l’atmosphère, si tout est nominal, la décélération subie par l’équipage est limitée à 4 G, avec un angle de rentrée contrôlé par le système de guidage commandant les petits moteurs d’orientations du module de descente. En cas de défaillance, on a une rentrée dite « balistique » avec une accélération (négative) plus importante, de l’ordre de 8 G. C’est vers 120 km d’altitude que l’atmosphère résiduelle commence à échauffer le bouclier thermique. La décélération est la plus forte vers 30 km d’altitude. A dix kilomètres d’altitude, la vitesse est descendue à 900 kilomètres par heure.

Un premier parachute stabilisateur de petite taille (24 m²) sert à réduite encore la vitesse à environ 300 km/h et ensuite le parachute principal (plus de 1000 m²) s’ouvre. Un parachute de secours plus petit en prévu en cas d’ouverture en torche ou de déchirement du premier parachute. L’objectif est une vitesse de descente à 8 m/s. Une valve automatique équilibre la pression interne de la capsule avec celle de l'atmosphère extérieure (c’est l’ouverture accidentelle d’une de ces valves qui causa la mort de l’équipage dépourvu de scaphandre de Soyouz 11 en 1971). Le bouclier thermique est largué et un altimètre sert à déclencher à 1,50m du sol des rétrofusées qui limitent la vitesse de l’impact à 2 ou 3 m/s. Cette vitesse était encore près de 8000 m/s quelques dizaines de minutes plus tôt. Au sol, si le vent est trop violent, l’équipage a la possibilité de libérer les sangles du parachute pour éviter que la capsule ne soit entraînée.

Pour Gagarine, la procédure était encore un peu plus complexe et sportive, comme le montre cette belle illustration que m’a aimablement passé Tezio.

A la fin du premier vol d’un humain dans l’espace, le parachute du Vostok-1 ne permet pas de le ralentir suffisamment pour que le passager atterrisse dans de bonnes conditions. La séquence d’atterrissage prévoit que Gagarine s’éjecte à 7000 mètres du sol (c’est le même siège éjectable qui aurait été utilisé en cas de défaillance de la fusée au moment du lancement). Cette méthode est restée longtemps un secret d’état. Après éjection, le vaisseau Vostok et le cosmonaute entament chacun de leur côté une descente sous parachute, avec comme précaution importante, le fait que le vaisseau vide touche le sol avant Gagarine. « J'ai vu ma capsule atterrir : un parachute blanc couché par terre avec, à côté une boule noire carbonisée. » (traduction d’un extrait du rapport de Gagarine) Le dessin montre également les parachutes extracteurs et le parachute de secours de Gagarine. J’ignore pourquoi Gagarine a également ouvert le parachute de secours (merci de poster un commentaire si vous connaissez la réponse). On distingue également le pack de sauvetage de couleur orange avec le canot qui se gonfle automatiquement et l’émetteur-balise.

Profil d'atterrissage de Gagarine. Copyright et remerciements : Tezio

«  J'étais très bien assis sur mon siège, comme dans un fauteuil. Je me suis senti poussé sur ma droite. J'ai vu un grand fleuve. Tout de suite, j'ai pensé que c'était la Volga. Il n'y avait pas d'autre fleuve dans le secteur... Je me suis dit: bon, le vent va me pousser, je vais devoir me poser sur l'eau. Le parachute stabilisateur s'est détaché au profit du parachute principal. Tout s'est fait doucement, je n'ai presque rien remarqué. Quant à son tour mon siège est parti au-dessous de moi, je ne m'en suis pas aperçu. Je me suis laissé porter par le parachute principal. J’étais poussé vers la Volga. En stage de parachutisme, nous avions beaucoup sauté par là-bas. Et beaucoup volé. J'ai reconnu le pont de la voie ferrée ainsi qu'une langue de terre qui s'avançait très loin dans la Volga. J'ai pensé que c'était Saratov. J'allais atterrir à Saratov. »

(traduction d’un extrait du rapport de Gagarine)

Pour les voyageurs de l’espace qui reviennent sur terre après un séjour en impesanteur, malgré leur entraînement, la rentrée dans l’atmosphère (décélération, échauffement de la capsule, perte des liaisons radio) est une étape particulièrement éprouvante…

Dans un autre domaine, le parachute, lorsqu'il est doré, peut être accompagné d'un matelas pour amortir la chute.

En savoir plus :

• Sur le blog Un autre regard sur la Terre, un autre article sur le vol historique de Gagarine.
• Sur le site de l’association Planète Sciences, des notions de base sur les parachutes avec le guide des parachutes pour fusées.

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe :

• Un petit jeu sur la résistance de l’air et la descente sous parachute : avec Excel ou un tableur équivalent, essayer de reconstituer les dernières minutes de la descente de Gagarine et du Vostok-1 ou d’un vaisseau Soyouz TMA moderne. Faire le bilan des forces et appliquer la loi de la dynamique F= M avec une méthode « pas à pas ». Utiliser la formule suivante pour la résistance de l’air : R = 1/2C_xV². Avec le tableur, on peut tenir compte de la variation de la densité de l’air en fonction de l’altitude. Pour l’application numérique, trouver les valeurs importantes sur les sites mentionnés ici. Explication et calcul de la vitesse limite. Vérifier si on retrouve des valeurs cohérentes avec les chiffres cités dans cet article.
• Plus costaud, résoudre l’équation des forces et trouver la formule donnant la vitesse et l’altitude en fonction du temps. Idem pour un vol complet de fusée expérimentale dans l’atmosphère avec la phase propulsée, la phase balistique et la descente sous parachute. Voir en particulier une note technique de l’association Planète Sciences sur la stabilité et la trajectoire des fusées.
• Pour les plus jeunes, toutes les activités pédagogiques de Planète Sciences avec les fusées à eau et les microfusées, la minifusée, avec en particulier la descente sous parachute. Voir également l’opération « Une fusée à l’école ». Les activités espace de Planète Sciences sont faites sous l'égide du CNES. Voir les pages du CNES pour les enseignants et les projets pour la classe.